A北京航空航天大學(xué)2015年6月29日班號學(xué)號姓名成績《材料制備傳輸原理》期末考試卷注意事項：1、填空及判斷題直接答在試卷上。2、簡答和計算題答在答題紙上。題目：一、填空題(30分)1、（2分,1.1）如圖，在相距h=0.06m的兩個固定平行板間放置一塊薄板，在薄板的上下分別放有不同粘度的油（上A下B），且油A粘度是油B粘度的3倍。以勻速v=0.3m/s拖動薄板時，每平方米所受合力F=28N，可得油A的粘度是2.1Pa·S、油B的粘度是0.7Pa·S。2、（5分，2.1）伯努力方程的積分式應(yīng)用條件是不可壓縮、沿流線、穩(wěn)態(tài)流、理想流體和質(zhì)量力只有重力。3、（1分，2.1）已知某空氣流動速度場為，可以判斷這種流動狀況連續(xù)。（填連續(xù)/不連續(xù)）4、（2分，2.1）雷諾數(shù)Re反映了流場的慣性力與其粘性力的對比關(guān)系，畢渥數(shù)Bi反映了系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)熱熱阻與環(huán)境對流換熱熱阻的對比關(guān)系。5、（5分，1.5）一般說來，固體的導(dǎo)熱系數(shù)大于（大于、等于、小于）液體，液體的導(dǎo)熱系數(shù)大于（大于、等于、小于）氣體；在固體中，通常金屬的導(dǎo)熱系數(shù)比非金屬大（大、小、等于），結(jié)晶物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)要比非晶物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)大（大、小、等于）；大多數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而降低（升高、降低、不變）。6、（2分，1.5）集總參數(shù)法的適用條件是Bi<0.1，滿足集總參數(shù)法的物體，其內(nèi)部溫度分布特點為物體內(nèi)部在同一時刻均處于同一溫度，物體部的溫度僅是時間的函數(shù)，而與位置無關(guān)。7、（2分，1.6）有一根水平放置的蒸汽管道穿過廠房，其保溫層外徑為583mm，外表面平均溫度為48℃。已知周圍空氣溫度為23℃，每米長保溫管道由自然對流引起的散熱量為157W。8、（2分，1.6）冷藏瓶由真空玻璃夾層所組成，在夾層的兩相對面上鍍銀，黑度為0.05。內(nèi)層壁的外徑120mm，溫度為0℃；外層壁的內(nèi)徑為240mm，壁溫為27℃。玻璃夾層高200mm。如果不計瓶口的導(dǎo)熱損失，由于輻射換熱冷藏瓶每小時傳熱量為1326W。9、（3分，1.6）有一O2（A）與CO2（B）的混合物，溫度294K，壓力1.519×105，已知xA=0.40，vA=0.88m/s，vB=0.02m/s，試計算組分A和組分B的物質(zhì)的量濃度分別為0.80kg/m3、1.64kg/m3；B的質(zhì)量通量密度jB=-12.83mol/m2?s。10、（4分，1.1）已知：動量傳輸微分方程可以寫作方程，根據(jù)三傳類比，熱量傳輸微分方程可以寫作，質(zhì)量傳輸微分方程可以寫作二、判斷題(15分)（1分，2.1）流體具有粘性的因素是流體分子間的吸引力。（×）（2分，4.4）已知管徑d=300mm，流量Q=10L/s，液體溫度為283K，其運動粘度系數(shù)υ=0.415cm2/s，此溫度時管內(nèi)液體流動狀態(tài)為層流。（√）（2分，4.4）如圖，文丘里管推動控制機構(gòu)的活塞A上升。已知活塞直徑D=50mm，質(zhì)量m=0.51kg，文丘里管的d1=20mm，d2=10mm，h=100mm。當管中水流量為1.34×10-4m3?s-1時可托起活塞。（×）（1分，1.2）等溫面上的任意一條線稱為等溫線，它可以是直線也可以是曲線。（√）（1分，4.3）冬天用手觸摸鐵塊和泡沫塑料塊時，盡管它們溫度相同，但總是感覺鐵塊比較涼，這是因為鐵的蓄熱系數(shù)比泡沫的小幾十倍左右的緣故。(×)（1分，1.5）利用集總參數(shù)Biv＜0.1M進行判斷時，其中的M是與幾何形狀有關(guān)的常數(shù)：球體時M=1/3，無限長圓柱時M=1/2。（√）（1分，1.5）分子間不發(fā)生相對位移時，依靠物體內(nèi)部的分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞稱為熱輻射。（×）（1分，1.2）絕對的黑體是理想的物體，而灰體是在絕對黑體的基礎(chǔ)上經(jīng)灰度系數(shù)修正的模型，因此灰體并不是理想物體。(×)（1分，1.2）對流傳質(zhì)不僅依靠分子擴散，而且依賴于流體各部分之間的宏觀相對位移，如金屬熔煉時吸氣，固體燃料燃燒時的鼓風(fēng)送氧。（√）（1分，1.5）置換固溶體的激活能要比間隙固溶體的激活能大得多，所以鋼件表面熱處理時要獲得同樣的濃度，滲碳，滲氮要比滲鉻的周期長。（×）（1分，1.5）菲克第二定律的意義是濃度對時間的變化率等于傳質(zhì)通量隨距離的變化的負值。（√）（1分，1.2）等摩爾逆向擴散的質(zhì)量傳遞與一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱不同，呈非線性變化，而通過靜止氣膜單向擴散時，組分物質(zhì)的量濃度呈指數(shù)規(guī)律變化。（×）（1分，1.2）表面更新理論指出，傳質(zhì)的表面更新率和流體動力學(xué)條件及系統(tǒng)的幾何形狀有關(guān)，那么湍流相比于層流，表面更新率必然大。（√）三、簡答題(15分)（5分,1.2）（1）為什么流體靜壓強的方向必垂直作用面的內(nèi)法線？（2）試寫出歐拉靜平衡方程

答：（1）由于流體在靜止時，不能承受拉力和切力，所以流體靜壓強的方向必然是沿著作用面的內(nèi)法線方向。（2）（5分,4.3）夏季在維持20℃的室內(nèi)工作，穿單衣感到舒適，而冬季在保持22℃的室內(nèi)工作時，卻必須穿絨衣才覺得舒服。試從傳熱的觀點分析原因。答：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度的不同。夏季室外溫度比室內(nèi)氣溫高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是出室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡管冬季室內(nèi)溫度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。根據(jù)上題人體對冷感的感受主要是散熱量的原理，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣。（5分，1.5）試述影響固相擴散的因素，并任意挑選2個因素進行舉例說明答：a.溫度b.晶體缺陷c.晶體結(jié)構(gòu)的影響d.固溶體類型e.擴散元素濃度f.第三元素（或雜質(zhì)）影響，四、計算題(40分)(8分，2.2)水池的側(cè)壁上，裝有一根直徑d=0.8m的圓管，圓管內(nèi)口切成α=45°的傾角，在這切口上裝了一塊可以繞上端鉸鏈旋轉(zhuǎn)的蓋板，h=3m，如圖所示。如果不計蓋板自重以及蓋板與鉸鏈間的摩擦里，問開起蓋板的力T為多大？（橢圓形面積的）1、解：P=γhCA=ρg(h+d/2)π=23.7KN……………….2分yD=yC+JC=壓力中心距鉸鏈的距離L=yD-=yC+-=0.582（m）……...…..5分由力矩平衡可知，PL=TdT==17.24（KN）…………………8分（9分，3.2）如圖，燃燒爐的平壁由下列三層材料構(gòu)成：耐火磚層，熱導(dǎo)率λ=1.05W/(m·℃)，厚度b=230mm；絕熱磚層，熱導(dǎo)率λ=0.151W/(m·℃)；普通磚層，熱導(dǎo)率λ=0.93W/(m·℃)。耐火磚層內(nèi)側(cè)壁面溫度為1000℃，絕熱磚的耐熱溫度為940℃，普通磚的耐熱溫度為(1)根據(jù)磚的耐熱溫度確定磚與磚接觸面的溫度，然后計算絕熱磚層厚度。若每塊絕熱磚厚度為230mm，試確定絕熱磚層的厚度。(2)若普通磚層厚度為240mm，試計算普通磚層外表面溫度。解(1)確定絕熱層的厚度溫度分布如習(xí)題4-4附圖所示。通過耐火磚層的熱傳導(dǎo)計算熱流密度q。絕熱磚層厚度的計算每塊絕熱磚的厚度為，取兩塊絕熱磚的厚度為。................4分(2)計算普通磚層的外側(cè)壁溫先核算絕熱磚層與普通磚層接觸面處的溫度.......................................................................7分小于130℃，符合要求。通過普通磚層的熱傳導(dǎo)，計算普通磚層的外側(cè)壁溫。.......................................................................9分（10分，3.1）已知碳初始質(zhì)量分數(shù)Wc=0.20%，厚度為0.5cm的低碳鋼板，置于一定溫度下做滲碳處理1h，此時碳的表面質(zhì)量分數(shù)Wc=0.70%，如果碳在鋼中的擴散系數(shù)為1.0×10-11m2/s，試問在鋼表面0.01cm處碳的質(zhì)量分數(shù)是多少？（已知誤差函數(shù)erf(0.264)=0.291，erf(0.280)=0.307，erf(0.259)=0.285。解：在低碳鋼中碳的總質(zhì)量分數(shù)很低，可視為常數(shù)，故用質(zhì)量分數(shù)表示：……………….....2分代入已知數(shù)據(jù)：………………..5分即：在x=0.01cm處：……………….…………..8分所以wA=0.55%…………...……...……................……..10分(13分,1.6)濕球溫度計的頭部包上濕紗布置于壓強為1×105Pa的空氣中，溫度計讀數(shù)Ts為27℃。它所指示的溫度是少量液體蒸發(fā)到大量未飽和蒸汽的穩(wěn)態(tài)平衡溫度。此濕度下的物性參數(shù)：水的蒸汽壓0.05×105Pa，蒸發(fā)潛熱2248kJ/kg，CH2O，s,=77×10-5kmol/m3，CH2O,∞=0，空氣密度1.416kg/m3，質(zhì)量熱容1.105kJ/(kg·℃)，Pr=0.805，Sc=0.46。試求空氣溫度T∞為多少？x1.001.251.501.752.002.252.502.753.001.001.161.311.451.591.721.841.962.08解：水蒸發(fā)時的通量為水蒸發(fā)所需的能量是由對流換熱提供的，即...................................................3分式中，L為表面溫度下水的蒸發(fā)潛熱。由此可知將第一式帶入，可得...................................................7分應(yīng)用奇爾頓—科爾伯思的j因子，可求